火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告

1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：08050541學(xué) 院、系：信息與通信工程學(xué)院電氣工程系專(zhuān) 業(yè)：自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 題 目：基于matlab的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)監(jiān)控仿真軟件設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:劉長(zhǎng)明 2012 年3 月15 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史隨著科技的進(jìn)步, 現(xiàn)代火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正朝著分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。人們不僅要求系統(tǒng)穩(wěn)定可靠, 功能齊全, 而且還要求能夠結(jié)合無(wú)線通信的優(yōu)勢(shì), 實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)控, 實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)【1】主要安裝

2、紅外或微波等各種類(lèi)型的報(bào)警探測(cè)器, 通過(guò)有線方式與計(jì)算機(jī)安全綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng), 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制。由于電子設(shè)備長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài), 電氣設(shè)備過(guò)載、過(guò)熱、短路的火災(zāi)隱患較多。因此, 傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)本身也存在著安全隱患。集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)借助于內(nèi)置的形式多樣的傳感器測(cè)量周邊環(huán)境的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號(hào),從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等眾多部署者感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。與傳統(tǒng)的信息獲取方式相比, 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、功耗小、廉價(jià)和快速部署、可擴(kuò)展性強(qiáng)、能在惡劣和特殊的環(huán)境下正常工作等優(yōu)

3、點(diǎn)【2】【3】。因此基于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將更加靈活、方便和可靠。二無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)介無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networksWSN)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的具有特定功能的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)通過(guò)自組織的無(wú)線通信方式，形成一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而相互傳遞信息，協(xié)同合作來(lái)完成特定任務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有重要的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。【4】無(wú)線傳感

4、器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、直接地反映監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各種環(huán)境因素變化情況，而且時(shí)效性更好。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在無(wú)人值守的環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害撲救等特殊領(lǐng)域，具有傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。三無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在火災(zāi)監(jiān)控方面的發(fā)展近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究應(yīng)用上取得了很多成果。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前主要應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)和目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域。學(xué)者提出了利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造一個(gè)支持火災(zāi)即時(shí)檢測(cè)和災(zāi)后引導(dǎo)撤離的系統(tǒng)框架和用于森林火災(zāi)預(yù)警的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。前者由火災(zāi)檢測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)收集層、中間件、逃離引導(dǎo)系統(tǒng)四部分組成。后者則描述了在森林火災(zāi)預(yù)警方面無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)比傳統(tǒng)的基于衛(wèi)星檢測(cè)方法的優(yōu)越性, 且在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融

5、合時(shí)采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法大大提升了數(shù)據(jù)處理的效率。相關(guān)文獻(xiàn)還論述了鋪設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于住宅、商業(yè)區(qū)的危害檢測(cè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),并介紹了一種混合無(wú)線通信方法 SIGMASPASE。它具有更大的檢測(cè)范圍和較小傳輸能量損耗?！?】伴隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，以及人們對(duì)居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)將是一種必然的選擇。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種功耗低、成本低、易應(yīng)用的近距離無(wú)線通信技術(shù)。本設(shè)計(jì)將它與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)傳遞火災(zāi)信息，節(jié)點(diǎn)利用熱釋電紅外傳感器，CO 傳感器和煙霧傳感器同時(shí)捕捉火災(zāi)信號(hào)。【6】其中重要的是節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，無(wú)線傳感器網(wǎng)

6、絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)具有RFID功能，隨機(jī)部署在被監(jiān)測(cè)區(qū)域的各個(gè)部分，負(fù)責(zé)對(duì)紅外線數(shù)據(jù)、CO濃度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)的感知和采集，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)(sink)，匯聚節(jié)點(diǎn)和監(jiān)管中心通過(guò)互連網(wǎng)或衛(wèi)星進(jìn)行通信，7從而通過(guò)個(gè)人電腦(Pc)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，這樣被監(jiān)測(cè)區(qū)域中情況就可以及時(shí)傳遞給相關(guān)人員。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最廣泛采用的框架統(tǒng)為：所有的節(jié)點(diǎn)周期性地將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到信息處理中心, 稱(chēng)為基站, 基站根據(jù)接到的數(shù)據(jù)判斷某個(gè)預(yù)先定義的事件是否發(fā)生, 本系統(tǒng)稱(chēng)這種方式為“數(shù)據(jù)收集”。另一種更有效的現(xiàn)實(shí)方式為“數(shù)據(jù)壓

7、縮” , 節(jié)點(diǎn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 然后轉(zhuǎn)發(fā)到基站。89然而, 這些方法對(duì)于實(shí)時(shí)要求很高的應(yīng)用如緊急事件報(bào)警則不太合適。這些傳統(tǒng)方法最大的缺點(diǎn)就是沒(méi)有考慮到實(shí)時(shí)要求, 大量的數(shù)據(jù)交換將產(chǎn)生巨大的能量消耗, 同時(shí)基站需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析, 這可能導(dǎo)致報(bào)警信號(hào)不能及時(shí)發(fā)出。1011四MATLAB7.0的簡(jiǎn)介 MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室之意，除了具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力之外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，她的指定表達(dá)式與數(shù)學(xué)工種中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解決問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情

8、簡(jiǎn)捷的多。在新的版本中加入了對(duì)C, FORTRAN,C+的支持可以直接調(diào)用。用戶(hù)也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用。MATLAB的基礎(chǔ)是矩陣計(jì)算，但是由于它的開(kāi)放性，并且marhwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。當(dāng)前流行的MATLAB6.5/7.0包括擁有整百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能性工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)運(yùn)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包。控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類(lèi)。除內(nèi)部函數(shù)外，

9、所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶(hù)通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫(xiě)程序構(gòu)造新的專(zhuān)用工具包?！?6】五.MATLAB7.0的特點(diǎn)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以使用MATLAB進(jìn)行軟件仿真。而MATLAB7.0是最常用的仿真軟件，它有如下特點(diǎn)：友好的的工作平臺(tái)和編程環(huán)境。簡(jiǎn)易易用的程序語(yǔ)言。MATLAB允許用戶(hù)以數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言編寫(xiě)程序，用戶(hù)在命令窗口即可直接得出結(jié)果，這比C,Fortran和BASIC等高級(jí)語(yǔ)言都要方便的多。強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力出色的圖形處理能力。MATLAB具有強(qiáng)大的圖形處理功能，它本身帶有許多繪圖的庫(kù)函數(shù)，可以很輕松地畫(huà)出各種復(fù)雜的二維

10、和多維圖形。這些圖形可以在于運(yùn)行該程序的計(jì)算機(jī)連接的任何打印機(jī)上打印出來(lái)，這使得MATLAB成為使技術(shù)數(shù)據(jù)可視化的杰出代表。應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱。實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)。應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶(hù)界面）。五總結(jié) 基于matlab的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)監(jiān)控仿真軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的了解,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和MATLAB軟件的仿真應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1 王芳, 馬幼軍, 蔣國(guó)平. 智能化住宅防盜防火報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.傳感器技術(shù), 2002,(21) 102羅海勇, 李錦濤, 趙方等.溫室無(wú)線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)信息采集分系統(tǒng)實(shí)際研究J. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī) 2007，(24) 103 劉勁松，楊明，劉曉平.

11、基于CC2430 和Zigbee2006 協(xié)議棧的通信模塊設(shè)計(jì)J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010,2:26-28.4 王永祥，趙鵬偉數(shù)據(jù)庫(kù)中動(dòng)態(tài)報(bào)表的制作J電腦編程技巧與維護(hù)，1999(1)：10一l2 5 晏均, 周群彪, 謝曉陽(yáng). 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)J2007 6 趙 凌，劉全利，王 越等. 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J1998.7 張靜.基于Zigbee 技術(shù)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)J.山西財(cái)經(jīng)大學(xué).2009,31(2).8caVaness cJakana Struts 編程M孫江宏，楊繼萍，譯北京：清華大學(xué)出版社，20049趙紅梅，王秋霞,趙曉宇動(dòng)態(tài)表單的

12、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J信息技術(shù)與信息化，2005(2)：454710劉友生，陳一平，胡浪基于數(shù)據(jù)表的動(dòng)態(tài)表單處理技術(shù)J計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004(34)：19920111程敏明談?wù)剶?shù)據(jù)庫(kù)中動(dòng)態(tài)報(bào)表的制作J中國(guó)科技信息，2005(17)：22422512Zhilin P ADynamic forms of equilibrium of a bar compressed by a dead forceCControl of Oscillations andChaos，1997 1st International Conferences1：Sn，199713 Horng Mong-Fong, Shih Chi

13、en-Chou, Hsieh Wen-Hsiung etc. A temperature surverillance system based onZigbee technology for blaze detection J. 2009 4th International Conference on Innovative Computing,Information and Control, ICICIC 2009, 2009:1277280. 14 路染妮，張剛.Zigbee 無(wú)線傳感器網(wǎng)路的路由協(xié)議研究J.電子設(shè)計(jì)工程，2010,18（11）：182-185.15 瞿雷，劉盛德，胡咸斌.Z

14、igbee 技術(shù)及應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.16劉長(zhǎng)明.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)與營(yíng)救方法的研究J.控制理論與控制工程.2008 (3) 5 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：本次課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)仿真軟件，監(jiān)測(cè)一個(gè)區(qū)域的火災(zāi)情況和執(zhí)行火災(zāi)發(fā)生以后的救災(zāi)策略。在區(qū)域中布置無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和具有滅火功能的機(jī)器人，監(jiān)測(cè)區(qū)域中存在一些障礙物。要求當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)感應(yīng)到火災(zāi)之后，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)通知機(jī)器人。機(jī)器人趕到火源位置滅火，前進(jìn)途中如若有障礙物，機(jī)器人要繞開(kāi)障礙物。因此，本文可看做是利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域火災(zāi)監(jiān)控與救災(zāi)，之

15、后使用MATLAB軟件仿真。基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensor network，WSN)的火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)具有RFID功能，隨機(jī)部署在被監(jiān)測(cè)區(qū)域的各個(gè)部分，負(fù)責(zé)對(duì)溫濕數(shù)據(jù)，CO濃度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)的感知和采集，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)(sink)，匯聚節(jié)點(diǎn)和監(jiān)管中心通過(guò)互連網(wǎng)或衛(wèi)星進(jìn)行通信，從而通過(guò)個(gè)人電腦(Pc)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，這樣被監(jiān)測(cè)區(qū)域中溫濕情況，CO濃度情況和煙霧情況就可以及時(shí)傳遞給相關(guān)人員，

16、隨時(shí)關(guān)注監(jiān)測(cè)區(qū)域的火險(xiǎn)情況?；贛ATLAB的仿真實(shí)驗(yàn) 仿真過(guò)程利用MATLAB7.0的圖形用戶(hù)界面（簡(jiǎn)稱(chēng)GUI）設(shè)計(jì)。GUI是由窗口,按鍵，菜單，文字說(shuō)明等對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶(hù)界面。GUI的使用更易于圖形表現(xiàn)得多元化，用戶(hù)不需要一行一行的用程序來(lái)設(shè)定只用鼠標(biāo)選擇即可。在回調(diào)處理模式下，也可以用程序設(shè)計(jì)方式將各個(gè)相關(guān)的處理程序集成單一的處理系統(tǒng)。GUI的制作包括界面設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)，即GUI的一般制作步驟：（1）分析界面所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能。（2）初步手繪界面草圖，并仔細(xì)審查草圖。（3）上機(jī)制作（靜態(tài)）界面。（4）編寫(xiě)界面動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。仿真實(shí)驗(yàn)要確定一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，由MATLA

17、B得GUI的axes坐標(biāo)控件來(lái)表示。坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)仿真實(shí)驗(yàn)要用到三種節(jié)點(diǎn)：（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。代表著安裝了溫濕數(shù)據(jù)傳感器，CO濃度數(shù)據(jù)傳感器和煙霧數(shù)據(jù)傳感器的節(jié)點(diǎn)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)是否有火災(zāi)發(fā)生。（2）搜索障礙物的節(jié)點(diǎn)當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域不大時(shí)，我們可以通過(guò)目測(cè)找到障礙物，并進(jìn)行標(biāo)示.當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域過(guò)大或人員不方便進(jìn)入?yún)^(qū)域標(biāo)示時(shí)，我們可以安裝有搜索障礙物的傳感器的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。讓它在區(qū)域內(nèi)搜索障礙物，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)就停下進(jìn)行標(biāo)示。因此，多個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以確定障礙物的位置，形狀和大小。（3）機(jī)器人節(jié)點(diǎn)將一個(gè)傳感器安裝在機(jī)器人上接收網(wǎng)絡(luò)中傳遞的信息進(jìn)行融合轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，就會(huì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中廣播火災(zāi)信號(hào)并且發(fā)送火災(zāi)的位置。機(jī)器人上的傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)，則該